FR2500239A1 - Systeme optique interrogateur-repondeur utilisant un dispositif retro-reflecteur actif - Google Patents

Abstract

L'INVENTION SE RAPPORTE A LA DETECTION ET L'IDENTIFICATION D'OBJETS ELOIGNES, A L'AIDE D'UN SYSTEME OPTIQUE. ELLE A POUR OBJET UN SYSTEME INTERROGATEUR-REPONDEUR DANS LEQUEL LE DISPOSITIF REPONDEUR 30 COMPREND UN MILIEU OPTIQUE D'INTERACTION QUI PERMET, EN Y FAISANT INTERFERER L'ONDE INTERROGATRICE ET UNE ONDE DE POMPE AUXILIAIRE, DE RENVOYER, VERS LA STATION INTERROGATRICE, EN TEMPS REEL, UNE ONDE CONJUGUEE DE L'ONDE INTERROGATRICE; LA DETECTION EST AINSI FAITE SUR UNE ONDE DE FRONT D'ONDE SIMPLE, PLAN PAR EXEMPLE. APPLICATION A L'IDENTIFICATION INFRA-ROUGE D'OBJETS ELOIGNES.

Description

SYS TEME OPTIQUE INTERROGA TEUR-REPONDEUR
UTILISANT UN DISPOSITIF RE TROREFLEC TEUR ACTIF
L'invention se rapporte aux systèmes optiques interrogateurs-répondeurs, permettant d'identifier, à partir d'une station interrogatrice, une station répondeuse.

La station interrogatrice envoit une onde optique interrogatrice vers la station répondeuse et détecte et analyse le codage d'une onde réémise par la station répondeuse.

La station répondeuse reçoit l'onde émise par la station interrogatrice et émet en réponse à cette onde une onde codée, par exemple modulée temporellement, qui est reçue par la station interrogatrice.

Dans l'art connu, la station répondeuse comprend, outre des moyens permettant de moduler l'onde, des structures optiques conventionnelles passives, telles que coin de cube, lentille et miroir, capables de renvoyer l'onde interrogatrice vers la station interrogatrice.

Un tel système est particulièrement utilisé dans les cas où la station répondeuse est trop éloignée de la station interrogatrice pour permettre une identification directe par des moyens plus simples. Or, si la distance entre les stations est importante, I'onde interrogatrice peut subir d'importantes distorsions pendant son trajet aller dans une atmosphère présentant des turbulences, des inhomogéneités de température. L'onde émise en direction de la station interrogatrice présente un front d'onde déformé et il est difficile d'en opérer une bonne détection avec un détecteur de dimensions limitées, même avec une optique collectrice de qualité.

Pour pallier ces inconvénients, le système selon la présente invention met en oeuvre des moyens permettant d'opérer la détection de l'information sur une onde plane au niveau de la station interrogatrice, quelles que soient les turbulences de l'atmosphère traversée par l'onde interrogatrice.

Ce résultat est obtenu en utilisant pour réaliser l'organe réflecteur du dispositif répondeur, les techniques dites de mélange à quatre ondes, et qui permettent d'obtenir un retroréflecteur actif.

Selon les techniques, et en faisant interférer dans un milieu optique d'intéraction une onde incidente, de front d'onde quelconque avec une onde de pompe, on génère en temps réel une onde complexe, conjuguée de l'onde incidente, c'est à dire, ici, une onde qui suit exactement le même trajet, en sens inverse que l'onde incidente, et subit donc les mêmes déformations, en sens inverse, si bien qu'en arrivant sur la station interrogatrice, elle est strictement identique à l'onde émise, avec un front d'onde plan par exemple si l'onde émise avait un front d'onde plan, donc très facile à détecter avec un détecteur ponctuel tel qu'une photodiode.

L'invention a précisément pour objet un système optique interrogateur-répondeur comprenant une station interrogatrice émettant une onde interrogatrice vers une station répondeuse qui retroréfléchit cette onde en la modulant selon un code prédéterminé, ladite station interrogatrice comprenant un détecteur photoélectrique de l'onde rétroréfléchie et un circuit électrique d'identification dudit code, caractérisé en ce que la station répondeuse comprend un milieu optique pour capter l'onde interrogatrice, une onde de pompe interférant au sein dudit milieu avec l'onde interrogatrice pour la rétroréfléchir avec un front d'onde conjugué du front d'onde reçu par ledit milieu en provenance de la station interrogatrice.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, illustrée par les figures annexées dont le contenu est le suivant :
- la figure 1 est une figure explicative du fonctionnement du milieu optique d'interaction;
- la figure 2 est un schéma du système interrogateur-répondeur selon l'invention.

Le système selon l'invention met en oeuvre la restitution d'un front d'onde de morphologie complexe conjugué d'un front d'onde incident. Cette restitution est générée par l'interférence, dans un milieu optique dwinte- raction, d'une onde optique incidente avec une onde de pompe.

Cette interférence se produit dans un milieu à trois dimensions, schématisé en 1 sur la figure 1, et dont les caractéristiques physiques et en particulier l'indice de réfraction, sont modulées spatialement par un réseau de franges 10 issu de l'interférence de l'onde optique incidente 2 de front d'onde zO, quelconque, et de l'onde de pompe 3, de front d'onde z p, plan par exemple. Du fait de l'existence de cette modulation spatiale d'illumina tion qui induit un réseau de strates d'indice 11, une fraction de l'énergie de l'onde de pompe est diffractée sous la forme d'une onde émergente 4, avec des caractéristiques isomorphes de celles de l'onde incidente.

Une autre fraction de l'énergie de l'onde de pompe 3 traverse le milieu 1 et sort selon le faisceau 5. En interposant sur son trajet et normalement à celui-ci un miroir réfléchissant 6, on renvoit cette onde 5 dans le milieu 1.

Une partie de l'énergie est diffractée par le réseau de strates 11 inscrit dans le milieu sous la forme d'une onde émergente de front d'onde complexe ZO*, conjuguée de l'onde Z0. #*0 a des caractéristiques isomorphes de celles de SO, mais suit sa trajectoire en sens inverse, et y subit, en sens inverse, les mêmes déformations. L'onde "0* retourne donc vers la source émettant l'onde LO et y arrive avec un front d'onde identique à celui qu'y possédait l'onde incidente interrogatrice, par exemple un front d'onde plan.

La restitution de cette onde Es s'effectue en temps réel, au temps T d'établissement du réseau de strates près. Si l'onde interrogatrice arrive en continu sur le milieu, et si l'onde de pompe arrive sur le milieu, en étant cohérente avec l'onde SO, entre les instants t1 et t2, t3 et t4, etc...,
I'onde SO est établie, avec une constante T, également entre les instants t1
o et t2, t3 et t4,etc..., à conditions; bien sûr, que T soit inférieur aux durées t1 à t2, t3 à t4... Il est donc possible d'inscrire sur l'onde conjuguée E une modulation temporelle d'amplitude ou de phase. L'onde ò peut donc transmettre à la station interrogatrice une information codée permettant d'identifier l'objet interrogé.

Selon les matériaux constituant le milieu 1, cette constante de temps varie de 10-3 à 10-12 secondes.

II est à noter également que l'énergie de l'onde conjuguée restituée
o prélevée par le réseau de strates sur l'onde de pompe peut être non négligeable par rapport à l'énergie de l'onde incidente SO arrivant dans le
o milieu 1, elle peut être éventuellement supérieure.

De nombreux milieux optiques sont connus pour présenter de telles propriétés. On peut citer par exemple, des milieux transparents liquides tels que le sulfure de carbone ou solides tels que germanium, ou des milieux semi-conducteurs tels que Si, Cd Te, HgCdTe.

Le système interrogateur-répondeur selon l'invention est schématisé sur la figure 2.

I1 comprend une station interrogatrice 20, et une station répondeuse 30 portée par exemple par un objet à identifier cjui peut être en déplacement relatif par rapport à la station interrogatrice et éloigné.

La station interrogatrice 20 a pour fonction d'émettre une onde optique vers l'objet, et de recueillir, détecter-et analyser l'onde réémise par la station répondeuse.

Pour remplir cette fonction, la station interrogatrice 20 comprend une source de lumière cohérente 21, laser par exemple. L'onde émise est envoyée, par l'intermédiaire du miroir 22, sur un système optique comprenant au moins deux lentilles 23 et 24. Ce système pue. met de former, à partir de l'onde émise par le laser 21, un faisceau parallèle, de grande ouverture, qui constitue l'onde interrogatrice 2, et de le diriger vers la station répondeuse.

Cette station 20 comprend en outre les moyens de détecter l'onde renvoyée par la station répondeuse en réponse à l'interrogation. Cette onde réponse est collectée par la lentille 24, et envoyée, par l'intermédiaire du miroir semi-transparent 25 sur un photodétecteur 26 couplé à des moyens d'analyse, non représentés sur la figure 2, du signal électrique iph émis.

La station répondeuse est représentée dans le cadre en pointil'és 30, sur la figure 2. Elle est destinée à recevoir l'onde interrogatrice, y transposer une information codée traduisant l'identité de l'objet qui la porte, et la renvoyer vers la -station interrogatrice pour y être détectée et analysée.

Ce dispositif répondeur équipant cette station est un retroréflecteur actif. Il met en application la technique du "mixage à quatre ondes1', comme expliqué précédemment, pour renvoyer vers la station interrogatrice une onde réponse, conjuguée de l'onde incidence. Pendant son parcours de retour,
I'onde réponse subit les mêmes distorsions, en sens inverse, que l'onde incidente et arrive avec un front d'onde plan à la station interrogatrice.

Ce dispositif répondeur comprend donc un milieu optique photoexcitable à variation d'indice, schématisé en 1 sur la figure 2, qui reçoit, pour les y faire interférer l'onde interrogatrice incidente 2, de front d'onde SO et une onde de pompe 3, avec des-incidences différentes, par exemple perpendicu laires. Le fraction 5 de l'énergie de l'onde de pompe 3 transmise par le milieu 1 est renvoyée sur le milieu par le miroir 6 placé perpendiculairement au trajet de l'onde transmise 5. Le milieu 1 diffracte alors dans la direction de l'onde incidente 2, une onde conjuguée de front d'onde SO.

L'onde de pompe 3 est fournie par une source lumineuse 31, qui doit être cohérente avec la source 21. Avantageusement, les sources 21 et 31 sont deux lasers de même nature.

La source 31 du dispositif répondeur émet l'onde de pompe 3 vers le milieu d'interaction 1, par l'intermédiaire de deux miroirs 32 et 34 et d'un dispositif d'élargissement de faisceau 33. L'information traduisant l'identité de l'objet est introduite sur le faisceau de pompage 3, par un modulateur 35 placé par exemple, entre le miroir 34 et le milieu d'interaction 1. Le modulateur 35 introduit sur le faisceau de pompage 3 une modulation temporelle de phase ou d'amplitude, qui se retrouve sur l'onde réponse renvoyée vers la station interrogatrice du fait de la création en temps réel du réseau de diffraction dans le milieu, au temps d'inscription près. Une condition de fonctionnement est évidement que la modulation soit lente par rapport à ce temps d'inscription.

L'onde réponse, conjuguée de l'onde incidente interrogatrice, et portant l'information codée revient vers la station interrogatrice où elle est détectée dans des conditions optimales, sur un détecteur de faible ouverture, photodiode par exemple, placé au foyer de la lentille 24, jouant le rle d'optique collectrice.

Le système est particulièrement interessant pour identifier des objets éloignés, car il permet d'éliminer les distorsions introduites par un long parcours dans une atmosphère qui peut être inhomogène, turbulente...

Ce système peut travailler avec un rayonnement de n'importe quelle longueur d'onde mais il est particulièrement interessant d'utiliser un rayonnement infra-rouge qui est moins absorbé par l'air.

Un autre avantage du système est que l'intensité de l'onde réponse peut être supérieure à l'intensité de l'onde interrogatrice, si l'onde de pompe est plus énergétique que l'onde interrogatrice incidente, et dans les conditions de travail du milieu 1 telles que l'efficacité de l'interaction est maximale, ces conditions dépendant de la nature du milieu.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Système optique interrogateur-répondeur comprenant une station interrogatrice (20) émettant une onde interrogatrice (2) vers une station répondeuse (30) qui retroréfléchit cette onde en la modulant selon un code prédéterminé, ladite station interrogatrice comprenant un détecteur photoélectrique (26) de l'onde retroréfléchie et un circuit électrique d'identification dudit code, caractérisé en ce que la station répondeuse (30) comprend un milieu optique photoexcitable (1) à variation d'indice agencé pour capter l'onde interrogatrice (2), une onde de pompe interférant au sein dudit milieu (1) avec l'onde interrogatrice pour la rétroréfléchir avec un front d'onde conjuguée du front d'onde reçu par ledit milieu (1) en provenance de la station interrogatrice (20).

2. Système optique interrogateur-répondeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'onde interrogatrice et l'onde de pompe sont émises par deux lasers, l'un (21) appartenant à la station interrogatrice (20), L'autre (31) appartenant à la station répondeuse (30).

3. Système optique interrogateur-répondeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la station répondeuse (30) comprend un miroir plan (6) disposé perpendiculairement au trajet de l'onde de pompe (5) transrnise par le milieu d'interaction (1) pour la renvoyer sur ce milieu.

4. Système optique interrogateur-répondeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la modulation temporelle apportée par la station répondeuse à l'onde interrogatrice renvoyée vers la station interrogatrice est produite par un modulateur (35) disposé sur le trajet de l'onde de pompe (3).

5. Système optique interrogateur-répondeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le modulateur (35) est un modulateur d'amplitude.

6. Système optique interrogateur-répondeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le modulateur (35) est un modulateur de phase.

7. Système optique interrogateur-rèpondeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le milieu optique photoexcitable (1) est une cellule à sulfure de carbone.

8. Système optique interrogateur-répondeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le milieu optique photoexcitable (1) est une plaquette de germanium.

9. Système optique interrogateur-répondeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le milieu optique photoexcitable (1) est un semiconducteur du type Si, Cd Te, HgCdTe.

10. Système optique interrogateur-répondeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la station interrogatrice (20) comprend une photodiode (26) située au foyer d'un objectif (24) pour la détection de l'onde renvoyée par la station répondeuse.

11. Système optique interrogateur-répondeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'onde interrogatrice et l'onde de pompe sont des ondes infra-rouges.